[发明专利]铈酸稀土基高熵陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铈酸稀土基高熵陶瓷材料及其制备方法，具有以下化学通式：RE₂Ce₂O₇，RE选自稀土元素La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Yb、Tm、Lu、Sc和Y中的至少五种，且每种稀土元素的摩尔数相同。本发明采用稀土氧化物RE₂O₃进行掺杂，由于参与结构的金属离子均为具有独特的电子层的稀土离子，因而使其在多领域下均表现出良好的化学性质，相对于现有的YSZ、锆酸镧之类的材料，单一铈酸稀土盐本身就具备高熔点、低热导率、高热膨胀系数、低热比及高温热稳定等特性，通过将多种稀土离子结合，得到高熵铈酸稀土陶瓷，进一步提高了材料的耐热性能，且进一步将热导率降低至0.6W/(m.K)。

技术领域

本发明属于高熵合金技术领域，具体而言，涉及一种铈酸稀土基高熵陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

近年来，高熵陶瓷(High-entropy ceramics，HECs)作为一种含有三种或三种以上主成分的等摩尔比或接近等摩尔比的单组分化合物的固溶体，因其导热系数低、硬度高、耐环境性强等特性越来越受到人们的关注。高熵陶瓷通常指由五种或五种以上陶瓷组元形成的固溶体，因其独特的“高熵效应”及优越的性能，近年来已成为陶瓷领域的热点。熵是热力学中表征物质混乱程度的参量，其概念由克劳修斯(T.Clausius)于1854年提出。熵越低，系统越稳定有序；熵越高，系统越混乱。高熵陶瓷的研究最早可追溯到2015年，随后越来越多的高熵陶瓷，包括萤石结构、钙钛矿结构、尖晶石结构的高熵氧化物陶瓷以及硼化物、碳化物、氮化物、硅化物等非氧化物高熵陶瓷如雨后春笋般涌现出来，逐渐成为研究热点。

高熵陶瓷的特点可以概括为四点：(1)热力学的高熵效应；(2)结构的晶格畸变效应；(3)动力学的迟滞扩散效应；(4)性能上的“鸡尾酒”效应。高熵材料的核心效应之一是缓慢扩散，其中由于固溶体引起的晶格畸变和多元素的协同扩散，阻碍了原子的运动和原子的有效扩散，因此，当高温下使用高熵材料时，可以保持细小的晶粒，并期望晶粒生长速度缓慢，这种慢扩散效应为TBC材料即晶粒细小、生长速度慢的高熵固溶体的设计开辟了一个新的窗口。

铈酸镧陶瓷因具有高熔点(＞2000℃)、低热导率(0.60W·m^-1·K^-1，1000℃)、低热比(0.43J·g-1·K-1)以及在1400℃长期退火保持相稳定等优异特性现已发展成为一种新型高温结构陶瓷材料，在氧离子导体、质子传导燃料电池组件以及氢渗透膜等应用领域均显示出良好特性。其在低温条件下，其热导率过高，大于1W·m^-1·K^-1，制备铈酸稀土基高熵陶瓷在低温条件下能有效降低其热导率，从而拓宽铈酸稀土基高熵陶瓷的应用领域。

发明内容

本发明旨在提供一种铈酸稀土基高熵多孔陶瓷及其制备方法，该方法可通过材料的高熵作用获得具有良好红外吸收性能的低导热系数材料。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种铈酸稀土基高熵陶瓷材料，具有以下化学通式：RE₂Ce₂O₇，其中，RE选自稀土元素La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Yb、Tm、Lu、Sc和Y中的至少五种，且每种稀土元素的摩尔数相同。